Nada é eterno. E nosso universo, é claro, também morrerá. Rumores dizem que será uma expansão eterna e, no final, morte por entropia. O universo está se expandindo e a entropia está crescendo e continuará crescendo até que tudo o que amamos morra. Mas isso é sentimento, e nós somos cientistas humanos, então nos perguntamos como será o fim do universo? O que vai ser acompanhado? Não, bem, curioso.
Não haverá estrelas no céu noturno
Em 150 bilhões de anos, o céu noturno da Terra será muito diferente. Enquanto o Universo luta por sua morte térmica, o espaço se expande mais rápido do que a velocidade da luz. Sabemos que a velocidade da luz é o limitador de velocidade rígido de todos os objetos do universo. Mas isso só se aplica a objetos que estão no espaço, não à própria estrutura do espaço-tempo. É difícil descobrir rapidamente, mas a estrutura do espaço-tempo já está se expandindo mais rápido do que a velocidade da luz. E no futuro isso terá consequências estranhas.
Como o próprio espaço está se expandindo mais rápido do que a luz, existe um horizonte cosmológico. Qualquer objeto que vá além desse horizonte exigirá que sejamos capazes de observar e registrar dados sobre ele usando partículas que viajam mais rápido que a luz. Mas não existem tais partículas. Assim que os objetos deixam o horizonte cosmológico, eles se tornam inacessíveis para nós. Qualquer tentativa de contato ou interação com galáxias distantes além deste horizonte exigirá nossa tecnologia que pode se mover mais rápido do que a expansão do próprio espaço. Até agora, apenas alguns objetos estão fora de nosso horizonte cosmológico. Mas à medida que a energia escura acelera a expansão, tudo acabará ficando fora do alcance de nossos olhos.
O que isso significa para a Terra? Imagine olhar para o céu noturno daqui a 150 bilhões de anos. A única coisa que será vista são algumas estrelas que permanecem no horizonte cosmológico. No final, eles também irão embora. O céu noturno estará completamente limpo, como a tabula rasa. Os astrônomos do futuro não serão capazes de provar que existe qualquer outro objeto no universo. Todas as estrelas e galáxias que vemos agora irão desaparecer. Para nós, apenas o Sistema Solar permanecerá em todo o Universo. É verdade que é improvável que a Terra corresponda a isso, mas mais sobre isso a seguir.
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A vida após a morte do Sol não irá desaparecer
Todo mundo sabe que as estrelas não duram para sempre. Seu tempo de vida começa com a formação, continua ao longo da fase da sequência principal (que é responsável pela maior parte da vida da estrela) e termina com a morte da estrela. Na maioria dos casos, as estrelas incham até algumas centenas de vezes seu tamanho normal, encerrando a fase da sequência principal e, com isso, engolem quaisquer planetas que se aproximem delas.
No entanto, para planetas que orbitam a estrela a grandes distâncias (fora da "linha de congelamento" do sistema), essas novas condições podem realmente se tornar quentes o suficiente para sustentar vida. De acordo com um estudo recente do Carl Sagan Institute da Cornell University, essa situação em alguns sistemas estelares pode durar bilhões de anos e levar ao surgimento de formas completamente novas de vida extraterrestre.
Em cerca de 5,4 bilhões de anos, nosso Sol sairá da fase da sequência principal. Tendo esgotado o combustível de hidrogênio no núcleo, as cinzas de hélio inerte que se acumulam ali se tornarão instáveis e entrarão em colapso sob a influência de seu próprio peso. Isso fará com que o núcleo se aqueça e se torne mais denso, o que, por sua vez, levará a um aumento do tamanho do Sol - a estrela entrará na fase de “ramo dos gigantes vermelhos”.
Este período começará quando nosso Sol se tornar um subgigante e lentamente dobrará de tamanho em cerca de um bilhão e meio de anos. Ele se expandirá em um ritmo mais rápido pelos próximos meio bilhão de anos, até atingir 200 vezes seu tamanho atual e vários milhares de vezes mais brilhante. Em seguida, ele se tornará oficialmente uma gigante vermelha e seu diâmetro será de aproximadamente 2 UA. e. - O Sol irá além da atual órbita de Marte.
Obviamente, a Terra não sobreviverá ao aparecimento de uma gigante vermelha no sistema solar, como Mercúrio, Vênus ou Marte. Mas além da linha de congelamento, onde é frio o suficiente para que os compostos voláteis - água, amônia, metano, dióxido de carbono e monóxido de carbono - permaneçam congelados, haverá gigantes gasosos, gigantes de gelo e planetas anões. E um degelo total começará.
Em suma, quando uma estrela se expande, sua "zona habitável" fará o mesmo, abrangendo as órbitas de Júpiter e Saturno. Quando isso acontece, um lugar antes desabitado - como as luas de Júpiter e Saturno - pode repentinamente se tornar residencial. O mesmo é verdade para muitas outras estrelas no universo, destinadas a se tornarem gigantes vermelhas à medida que crescem e morrem.
Quando nosso Sol atingir a fase vermelha do galho gigante, terá apenas 120 milhões de anos de vida ativa. Este tempo não é suficiente para o surgimento e desenvolvimento de novas formas de vida que podem se tornar verdadeiramente complexas (como humanos e outras espécies de mamíferos). Mas de acordo com um estudo publicado recentemente no The Astrophysical Journal, alguns planetas próximos a outros gigantes vermelhos em nosso universo podem permanecer habitados por muito mais tempo - até nove bilhões de anos ou mais em alguns casos.
Para que você entenda, nove bilhões de anos é o dobro da idade atual da Terra. Supondo que os mundos que nos interessam terão a composição correta de elementos, eles terão tempo suficiente para dar origem a novas formas complexas de vida. A principal autora do estudo, a professora Lisa Kaltenneger, também é diretora do Carl Sagan Institute. Ela sabe em primeira mão como procurar vida no Universo:
“Conforme uma estrela fica mais velha e mais brilhante, a zona habitável se move para fora e você está essencialmente vendo uma segunda vida para o sistema planetário. Atualmente, objetos nas regiões externas estão congelados em nosso sistema solar, como Europa e Enceladus, as luas de Júpiter e Saturno. Depois que nosso Sol amarelo se expandir o suficiente para se tornar uma gigante vermelha e transformar a Terra em um deserto escaldado, ainda haverá regiões em nosso sistema solar - e em outros sistemas também - onde a vida poderia florescer."
À medida que uma estrela se expande, ela perde massa e a empurra para fora na forma de vento solar. Os planetas que orbitam perto de uma estrela ou têm baixa gravidade superficial podem perder sua atmosfera. Por outro lado, planetas com massa suficiente (ou localizados a uma distância segura) podem preservar esta atmosfera. No contexto do nosso sistema solar, isso significa que em alguns bilhões de anos, mundos como Europa e Enceladus (que já podem ter vida à espreita sob as cascas de gelo) podem se tornar um paraíso para a vida.
Nosso sol se tornará uma anã negra
No momento, nosso universo tem muitos tipos diferentes de estrelas. Anãs vermelhas - estrelas frias que emitem luz vermelha - estão entre as mais comuns. Existem também muitas anãs brancas no universo. Esses são os restos estelares de estrelas mortas, feitos de matéria degenerada mantida unida por efeitos quânticos. Atualmente, os astrônomos acreditam que as anãs brancas têm uma vida útil quase infinita. Mas depois de um certo tempo, até elas morrerão e se tornarão estrelas exóticas: anãs negras.
Esse destino também aguarda nosso Sol. Em um futuro distante, nosso Sol irá ejetar suas camadas externas e se transformar em uma estrela anã branca que permanecerá por bilhões de anos. Mas um dia, até mesmo as anãs brancas começarão a esfriar. Após 10 (à potência de 100) anos, eles se resfriarão a uma temperatura igual à temperatura da radiação de fundo de micro-ondas, alguns graus acima do zero absoluto.
Quando isso acontecer, nossa estrela se tornará uma anã negra. Como esse tipo de estrela é muito frio, ele será invisível ao olho humano. Para quem tenta encontrar o Sol que nos deu a vida, será impossível fazê-lo usando sistemas ópticos. Ele terá que procurar por efeitos gravitacionais. A maioria das estrelas que vemos no céu noturno se tornará anãs negras (outra razão pela qual o céu noturno ficará claro). Mas para o nosso sol quente é especialmente ofensivo.
Estrelas estranhas
Quando nosso Sol se torna uma anã negra, a evolução estelar já foi concluída. Novas estrelas não nascerão. Em vez disso, o universo será inundado com restos de estrelas frias. E isso permitirá que o Universo comece a criar estrelas estranhas que são significativamente diferentes do que conhecemos.
Uma delas é uma estrela gelada ou fria. Quando as estrelas no universo queimam seu combustível nuclear, elas aumentam sua metalicidade. Em astronomia, é uma medida dos elementos de uma estrela que são mais pesados que o hélio - virtualmente todos os elementos, começando com o lítio. À medida que a metalicidade de uma estrela aumenta, eles ficam mais frios à medida que os elementos mais pesados liberam menos energia durante a fusão. Finalmente, as estrelas ficarão tão frias que terão uma temperatura de 0 graus, o ponto de congelamento da água.
Olhando mais para o futuro, haverá uma estrela ainda mais estranha. Em cerca de 10 (elevado a 1.500) anos no futuro, a entropia cobrará seu preço e o universo estará essencialmente morto. Nestes tempos frios, os efeitos quânticos governarão o universo.
O tunelamento quântico permitirá que os elementos leves sejam sintetizados em uma forma instável de ferro. Ele, por sua vez, decairá em um isótopo mais estável, emitindo uma quantidade fraca de energia. Essas estrelas de ferro serão a única forma de estrela possível neste momento. Mas eles só são encontrados em modelos nos quais os astrônomos não acreditam no decaimento do próton, então essa ideia não é a mais popular.
Todos os núcleos irão decair
Vamos retroceder de um ponto de 10 (para a potência de 15) anos após o Big Bang para um ponto de 10 (para a potência de 34) anos. Se a raça humana não estiver morta nessa época, certamente não sobreviveremos a esta era. Como mencionado acima, os astrônomos estão constantemente debatendo se o próton irá decair no final dos tempos. Vamos dizer sim.
Núcleos são partículas no núcleo de um átomo, prótons e nêutrons. Nêutrons livres são conhecidos por decair com meia-vida de 10 minutos. Mas os prótons são incrivelmente estáveis. Ninguém viu em primeira mão a decadência de um próton. Mas no final do universo, tudo mudará.
Os físicos presumem que a meia-vida de um próton é de 10 (elevado a 37) anos. Não vimos essa decadência porque o universo ainda não é velho o suficiente. Na época de decadência (10 (à 34ª potência) - 10 (à 40ª potência) anos), os prótons finalmente começarão a decair em pósitrons e píons. Ao final da época de decadência, todos os prótons e nêutrons do Universo se esgotarão.
Obviamente, a vida no Universo começará a ter problemas. Se assumirmos que a raça humana sobreviveu à mudança do Sol e migrou para partes mais amigáveis do Universo, em certo ponto as leis da física começarão a ditar a morte da raça humana. Nossos corpos e todos os objetos interestelares são feitos de núcleons. Quando eles se desintegram, qualquer vida terminará, pois os próprios átomos deixarão de existir. A vida não poderá continuar a existir em tais condições (e nesta forma) e o Universo mergulhará na era dos buracos negros.
Buracos negros irão inundar o universo
Quando os núcleos desaparecerem, os buracos negros entrarão em vigor e governarão o Universo de 10 (à potência de 40) anos após o Big Bang a 10 (à potência de 100) anos. A partir deste momento começamos a falar de tempos tão longos que é absolutamente impossível compreendê-los com nossas mentes. Depois de um tempo muito mais longo do que a idade atual do universo, os buracos negros continuarão sendo as únicas estruturas.
Quando os núcleos partem, as principais partículas subatômicas serão os léptons - elétrons e pósitrons. Eles vão alimentar buracos negros. Ao absorver os restos de matéria no Universo, os próprios buracos negros emitirão partículas que preencherão o Universo com fótons e grávitons hipotéticos. Mas os buracos negros estão destinados a morrer, como decidiu Stephen Hawking.
De acordo com Hawking, os buracos negros evaporam devido à sua radiação. Quando eles irradiam, eles perdem massa na forma de energia. Esse processo leva muito tempo, por isso não sabemos praticamente nada sobre ele. Para que um buraco negro evapore completamente, 10 (à potência de 60) anos devem se passar, portanto, esse processo ainda não chegou ao fim por um século de nosso Universo. Mas, como dissemos, eventualmente os buracos negros também morrerão. Apenas partículas sem massa e alguns léptons espalhados permanecerão deles, que irão interagir preguiçosamente e perder sua energia.
Um átomo de um novo tipo aparecerá
Com apenas algumas partículas subatômicas restantes de nosso universo, pode parecer que não há mais nada para falar. Mas a vida pode aparecer mesmo neste pior dos mundos.
Por anos, pesquisadores de partículas falaram sobre positrônio, a ligação atômica entre um pósitron e um elétron. Essas duas partículas têm cargas opostas. (O pósitron é a antipartícula do elétron). Portanto, eles serão atraídos eletromagneticamente. Quando um par dessas partículas começa a interagir, elas podem ter órbitas rudimentares e comportamento atômico.
Como o positrônio será raro, este modelo de "química" do positrônio não pode ser chamado de completo. Mas coisas muito curiosas podem sair desses "átomos" estranhos. Primeiro, eles podem existir em órbitas gigantes que cobrem o espaço interestelar. Enquanto as duas partículas interagirem, elas serão capazes de manter um par independentemente da distância.
Durante a era dos buracos negros, alguns desses "átomos" terão diâmetros abrangendo distâncias maiores do que nosso atual universo observável. Os átomos de positrônio compostos de léptons sobreviverão à decadência de um próton e passarão pela era dos buracos negros. Além disso, os buracos negros criarão átomos de positrônio no processo de radiação. Depois de um certo tempo, os pares pósitron-elétron também decaem. Mas antes disso, o Universo pode dar origem a uma vida completamente indescritível.
Tudo vai ficar lento, até mesmo o pensamento
Quando a era dos buracos negros chegar ao fim e até mesmo esses gigantes estelares desaparecerem na escuridão, apenas algumas coisas permanecerão em nosso universo, principalmente partículas subatômicas difusas e os átomos restantes de positrônio. Depois disso, tudo no Universo acontecerá de forma extremamente lenta, qualquer evento pode durar eras. De acordo com alguns físicos teóricos, como Freeman Dyson, a vida pode reaparecer no universo nesta época.
Depois de muito, muito tempo, a evolução orgânica pode começar a se desenvolver a partir do positrônio. As criaturas que aparecerão serão muito diferentes de tudo que conhecemos. Por exemplo, eles podem ser enormes, abrangendo distâncias interestelares. Uma vez que não há mais nada no Universo, eles terão para onde se virar. Mas como essas formas de vida serão enormes, elas pensarão muito mais devagar do que nós. Na verdade, pode levar trilhões de anos para que tal criatura crie pelo menos um pensamento.
Pode parecer estranho para nós, mas como essas criaturas existirão em enormes intervalos de tempo, tal pensamento será instantâneo para elas. Eles existirão por um tempo incrivelmente longo, observando o Universo passar por eles. Mas eles cairão no esquecimento.
O fim da "macrofísica"
Nesse momento, o Universo atingirá quase o estado máximo de entropia, ou seja, se tornará um campo homogêneo de energia e várias partículas subatômicas. Isso será depois da era dos buracos negros, muito mais tarde após 10 (à potência de 100) anos. O espaço se expandirá tanto e a energia escura se tornará tão poderosa que até mesmo os buracos negros deixarão de existir e o universo perderá grandes objetos.
É difícil imaginar um universo assim. Pense nisso: as estrelas vão parar de se formar, pois as partículas subatômicas que compõem a matéria serão separadas por distâncias que não poderão se encontrar de forma alguma, viajando à velocidade da luz. Mesmo os átomos de positrônio não podem aparecer.
A física chegará ao fim. O único modelo físico que continuará a funcionar será a mecânica quântica. Os efeitos quânticos ocorrerão mesmo em grandes distâncias interestelares, em um período de tempo gigantesco. Eventualmente, a temperatura do universo cairá para zero absoluto: não haverá energia para transformar em trabalho. Em alguns modelos, a expansão do espaço aumentará, dilacerando o espaço-tempo. O universo deixará de existir.
É possível escapar de tudo isso?
Até agora, nossa jornada até o fim do universo foi acompanhada apenas por eventos sombrios e deprimentes. Mas os físicos não perdem o otimismo e esboçam caminhos possíveis para a humanidade sobreviver ao fim dos tempos e até mesmo reiniciar nosso universo.
A maneira mais promissora de escapar de nosso universo com entropia máxima é usar buracos negros até que a decadência dos fótons torne a vida impossível. Os buracos negros continuam sendo objetos muito misteriosos, mas os teóricos propõem usá-los para entrar em novos universos.
A teoria moderna sugere que universos-bolha estão constantemente nascendo em nosso próprio universo, formando novos universos com matéria e a possibilidade de vida. Hawking acredita que os buracos negros podem ser as portas de entrada para esses novos universos. Mas há um problema. Depois de cruzar a fronteira do buraco negro, não há como voltar atrás. Portanto, se a humanidade decidir ir para um buraco negro, será uma viagem só de ida.
Primeiro, você precisa encontrar um buraco negro giratório com massa suficiente para sobreviver à viagem no horizonte de eventos. Ao contrário da crença popular, é mais seguro viajar através de buracos negros massivos. Os viajantes espaciais do futuro podem esperar que a viagem não termine mal, mas eles não serão capazes de contatar seus amigos deste lado do buraco negro e informá-los do resultado. Cada viagem será um ato de fé.
Mas existe uma maneira de garantir que um novo universo nos aguarde do outro lado. De acordo com Alan Guth, o Universo recém-nascido precisa de apenas 10 (potência de 89) prótons, 10 (potência de 89) elétrons, 10 (potência de 89) pósitrons, 10 (potência de 89) neutrinos, 10 (potência de 89) antineutrinos, 10 (à potência de 79) prótons e 10 (à potência de 79) nêutrons para o início. Pode parecer muito, mas no total não passa de um tijolo.
Os humanos do futuro poderiam gerar um falso vácuo - uma região do espaço com potencial de expansão - usando um campo gravitacional super-forte. Em um futuro distante, os humanos poderiam obter a tecnologia para criar um falso vácuo e iniciar seu próprio universo. Como a inflação inicial do universo dura uma fração de segundo, o novo universo se expandirá instantaneamente e se tornará um novo lar para os humanos. Um salto rápido pelo buraco de minhoca e estamos salvos.
Tunelamento quântico aleatório pode reiniciar o universo
O que acontecerá com o universo que deixamos para trás? Depois de um tempo, ele finalmente atingirá sua entropia máxima e se tornará completamente inabitável. Mas mesmo neste universo morto, a vida terá uma chance. Os pesquisadores em mecânica quântica estão cientes do efeito do tunelamento quântico. É quando uma partícula subatômica pode entrar em um estado de energia que é impossível classicamente.
Na mecânica clássica, por exemplo, a bola não pode levantar e rolar espontaneamente uma colina. Este é um estado de energia proibido. Partículas elementares também proibiram estados de energia do ponto de vista da mecânica clássica, mas a mecânica quântica vira tudo de cabeça para baixo. Algumas partículas podem "tunelar" nesses estados de energia.
Este processo já está ocorrendo nas estrelas. Mas quando aplicado ao fim do universo, surge uma estranha possibilidade. As partículas na mecânica estatística clássica não podem passar de um estado superior de entropia para um inferior. Mas com o tunelamento quântico, eles podem e irão. Os físicos Sean Carroll e Jennifer Chen propuseram a ideia de que, após um certo tempo, o tunelamento quântico poderia reduzir espontaneamente a entropia em um universo morto, levar a um novo Big Bang e reiniciar o universo. Mas não prenda a respiração. Para que uma diminuição espontânea da entropia aconteça, você tem que esperar 10 (à potência de 10) ^ (à potência de 10) ^ (à potência de 56) anos.
Há outra teoria que nos dá esperança para um novo universo - desta vez dos matemáticos. Em 1890, Henri Poincaré publicou seu teorema de recorrência, segundo o qual, após um tempo incrivelmente longo, todos os sistemas voltam a um estado muito próximo ao seu estado original. Isso também se aplica à termodinâmica, em que flutuações térmicas aleatórias em um universo com alta entropia podem fazer com que ele retorne ao seu estado original, após o qual tudo começará novamente. O tempo passará e o universo poderá se formar novamente, e as criaturas que nele viverão não terão a menor idéia de que vivem em nosso universo.
ILYA KHEL
